V.4. Плавное опускание кровли

Управление кровлей плавным опусканием применяется при нали­чии в кровле пород, способных плавно опускаться на почву пласта без значительных нарушений, при почве, склонной к пучению. На пологом падении мощность не должна превышать 1м, а на кру­том — 0,7 м.

В качестве специальной крепи применяют один или два ряда костров (рис. V. 13). переносимых вслед за подвиганием забоя. При деревянной крепи последнюю не извлекают и оставляют в выра­ботанном пространстве.

Наиболее рациональны на пологом падении призабойные гидравли­ческие стойки, причем в очистном забое используют два типоразмера

Рис. V.14. Пневмобалонные костры в лаве

стоек: больший типоразмер — вблизи забоя, меньший — на линии изгиба кровли.

Деревянные костры могут быть заменены пневмобаллонными (рис. V. 14), состоящими из баллонов 1, воздухораспределителя 2 и лыжи 3. Баллоны соединяются между собой резиновыми поясами 4. Прикрепляемая к поясам лыжа 3 удлиняется за счет дополнитель­ных опор 5. Сверху баллоны закрываются лентой 6, предохраня­ющей их от падающих кусков породы.

После установки баллон наполняют воздухом от воздушной магистрали лавы. Разгрузка осуществляется дистанционно с по­мощью троса и рычага. Баллоны воспринимают нагрузку от 12 до 20 кгс/см2. При массе их 20 кг переноску 25 баллонов производят двое рабочих за 3—4 ч. Трудоемкость работ по переноске газобал-

лонных костров меньше трудоемкости переноски деревянных кост­ров на 30—40%.

В Донбассе при разработке крутых пластов управление кровлей плавным опусканием получило распространение в 30% очистных забоев.

V.5. Удержание кровли на кострах

При разработке тонких крутых пластов значительное распростране­ние имеет способ управления кровлей удержанием на кострах. Сущность его заключается в следующем.

По мере подвигания очистного забоя возводят призабойную-крепь и выкладывают костры правильными рядами по простиранию и падению или в шахматном порядке. Расстояние между кострами обычно устанавливается на основании опыта. Ориентировочно его можно принять по простиранию кратным ширине крепи (1,8—2,7м), по падению — 2—4 м. Костры оставляют в выработанном простран­стве. С течением времени они сдавливаются, деформируются и разру­шаются. В результате этого кровля пласта первоначально опус­кается, а затем постепенно, далеко позади призабойного простран­ства, обрушается. ;.;

Костры имеют форму трапеции дли прямоугольника. В последнем случае для предупреждения сползания их вниз по концам их стоек ставят дополнительные опорные стойки, расположенные по паде­нию пласта.

Способ управления кровлей удержанием на кострах характери­зуется высокой трудоемкостью работ и не обеспечивает полной безопасности работ в очистном забое.( В призабойном пространстве наблюдаются повышенные проявления горного давления вследствие влияния поддерживаемых в выработанном пространстве больших масс пород. Применение этого способа оказывает неблагоприятное влияние на поведение боковых пород в выработанном пространстве: задерживает их обрушение или плавное опускание.

V.6» Управление кровлей полной закладкой V.G.I. Закладочные материалы

Для закладки применяют песок, гравий или коренные скальные породы, добытые на поверхности в специальных карьерах. Закладоч­ный материал может быть получен и непосредственно в шахте, причем он обходится в 4 раза дешевле материала, добытого в карье­рах. Однако закладочным материалом, добытым в шахте, можно обеспечить лишь отдельные добычные участки. В качестве закладоч­ного материала могут быть использованы шлак металлургических заводов, отходы обогатительных фабрик, а также порода шахтных отвалов. Использование последней, наряду со снижением расходов

429

на закладку, позволяет очистить водух, в который выделяются продукты горения отвалов, и освободить большие площади земли на поверхности.

Добываемые в карьерах песок и гравий используют без допол­нительной обработки. Скальные же породы на дробильной фабрике подвергают дроблению и грохочению, чтобы придать им необходи­мый гранулометрический состав.

От дробильной фабрики закладочный материал транспортируется к шахтам в большегрузных саморазгружающихся вагонах. Для этого фабрика связывается с шахтой железнодорожными путями. На шахте оборудуются специальные бункера или склады емкостью, обеспечи­вающей сменную потребность в закладочном материале. Дальнейшее перемещение закладочного материала зависит от технологической схемы применяемого вида закладки.

Закладочный материал должен удовлетворять следующим ocioB-ным требованиям:

содержание горючих в нем не должно превышать 20%; кроме того, он не должен выделять вредных газов в выработанное про­странство;

после укладки в выработанное пространство он должен давать минимальную усадку под давлением и обладать по возможности связностью;

он должен быть дешевым, поэтому необходимо ориентироваться на местные закладочные материалы, чтобы исключить дорогостоя­щие их перевозки.

Для заполнения определенного объема выработанного простран­ства необходимо иметь закладочного материала в 1,5—2,5 раза меньше того объема, который занимал уголь в нетронутом массиве. Если считать по массе, то сугубо ориентировочно на 1 т добытого угля расходуется 1 т закладочного материала.

Будучи помещенным в выработанное пространство, закладочный материал под влиянием горного давления и собственного веса с тече­нием времени уплотняется и уменьшается в объеме, т. е. дает усадку. Величина его усадки зависит как от свойств самого матери­ала, так и от степени первоначального уплотнения его в период укладки.

Кроме общих требований к закладочному материалу предъяв­ляется ряд требований, связанных с видом применяемой закладки:

при гидравлической, пневматической и механической закладке он должен обладать минимальной абразивностыо, что уменьшает износ металлических труб и резиновой ленты;

при пневматической и механической закладке закладочный мате­риал должен содержать минимальное количество пылеватых фрак­ций для снижения пылеобразования;

при гидравлической закладке закладочный материал должен хорошо отдавать воду и не размокать в ней; содержание глинистых фракций в закладочном материале не должно превышать 10%, так как они выносятся водой в виде шлама и загрязняют выработки^ ускоряют заполнение водоотстойников и т. д.

Большое содержание глины нежелательно при всех способах закладки. При увлажнении глина приобретает свойства пластич­ности и текучести, что вызывает значительное давление закладоч­ного массива на перемычки и отшивку и может привести к прорыву закладочного материала из выработанного пространства в горные выработки. Однако добавление глины в ограниченном количестве (в пределах 10%) способствует повышению качества закладочного массива, так как повышает его воздухонепроницаемость, увеличи­вает плотность, слеживаемость.

Максимально допустимый размер кусков закладочного материала при пневматической и гидравлической закладке — 60—80 мм, а при самотечной и механической — 200—250 мм.

При самотечной закладке наибольший размер кусков опреде­ляется главным образом условиями безопасности работ, так как при кусках более 200—250 мм наблюдаются случаи повреждения обшивки и крепи в выработанном пространстве.

При пневматической закладке куски закладочного материала размером более 60 мм и мелкие фракции (от О до 3—5 мм) приводят к частой закупорке закладочного трубопровода.

Содержание в закладочном материале при гидравлической за­кладке кусков породы более 60 мм вызывает увеличение усадки закладочного массива, резкое повышение удельного расхода воды, повышенный износ труб и требует увеличения диаметра закладоч­ного трубопровода.

Оптимальные размеры кусков закладочного материала: при само­течной закладке — до 100 мм, при пневматической и механиче­ской — 20—50 мм, при гидравлической — менее 20 мм. Лучшим для гидравлической закладки является чистый кварцевый песок.

В естественном состоянии закладочный материал редко удовлет­воряет указанным требованиям. Поэтому кроме обычной его пере­работки (дробление, рассев) производят шихтовку, т. е. образуют смесь из закладочных материалов, имеющих различные физико-ме­ханические свойства. На практике пользуются и таким приемом, как закладка особо ответственных участков и узлов около горных выработок более качественным материалом.

Выбор закладочного материала, его фракционного состава, способа транспортирования и возведения зависит от требуемого качества закладочного массива, которое характеризуется усадкой. Усадка может изменяться в широких пределах. Минимальная усадка (5—15%) может быть получена при применении твердеющей (упроч­ненной) или бетонной закладки, однако это значительно увеличи­вает себестоимость угля. Для получения усадки 20—25% рекомен­дуется применять следующие фракционные смеси:

7,4% фракции 20—40 мм + 19,6% фракции 5—20 мм Ц- 29% фракции 1,25—5 мм + 28,8% фракции 0,63—1,25 мм + 15,2% фрак­ции 0,1—0,63 мм;

6,2% фракции 40—80мм + 16,5% фракции 10—40 мм + 19,9% фракции 2,5—10 мм + 36,5% фракции 0,63—2,5 мм + 20,9% фрак­ции 0,1—0,63 мм.

V.6.2. Самотечная закладка

При самотечной закладке закла­дочный материал поступает в выработанное пространство и распределяется в нем под действием собственного веса. Уплотнение закладочного мас­сива в начальной стадии его возведения происходит за счет силы тяжести падающих или скатывающихся кусков закла­дочного материала,а в дальней­шем — под действием веса вы­шележащих слоев закладочного массива.

Самотечная закладка нашла широкое распространение на крутых пластах.

Если закладочные мате­риалы доставляются с поверх­ности, то технологическая схема предусматривает следующие звенья их транспортирования: спуск в шахту, откатка по горным выработкам и самотеч­ная доставка_в пределах очи­стного забоя.

Закладочный массив возво­дится в отработанной полосе шириной 6—10 м после ее от­шивки. Наряду с отшивкой воз­водится вспомогательная крепь, на сооружение которой затра­чивается при слоевой выемке мощных пластов до 25— 30 чел.-смен на 1000 т добытого угля. В среднем же на под­готовку выработанного про­странства к закладке затра­чивается 30—60% времени, расходуемого на выемку угля.

При разработке тонких кру­тых пластов закладочный мас­сив может располагаться либо под углом естественного откоса, либо параллельно забою лавы.

Рис. V.15. Технология возведения за­кладочного массива при жесткой огра­ждающей крепи:

1 — призабойные стойки; 2 — усиливающие стойки в оградительном ряду крепи; 3 — об­шивка; 4 — возводимый закладочный массив; 5 — ранее возведенный закладочный массив

Рис. V.16. Возведение закладочного массива в потолкоуступноы забое при наличии передвижного ограждения:

1 — призабойные стойки; 2 — якорное устрой­ство; з — распорные стойки на ограждении; 4 — ограждение; S — направляющие рештаки

для угля

В последнем случае применяют специальные жесткие или пере­движные ограждения.

Жесткое ограждение представляет собой стенку из стоек и об­шивки из досок или проволочной сетки (рис. V. 15). -Жесткое огра­ждение сооружается на полную мощность пласта.

Процесс возведения закладочного массива с применением пере­движного ограждения заключается в периодическом перемещении ограждения по мере подвигания забоя и засыпке закладочного материала за ограждение. Ограждение выполняется из металличе­ской сетки и конвейерной ленты, длина его на 2—4 м меньше длины уступа (рис. V. 16). Передвижка ограждения может производиться одновременно в нескольких уступах, а при прямолинейном забое оно передвигается последовательно сверху вниз. Выработанное прост­ранство у вентиляционного штрека и в самом штреке закладывается механическим или пневматическим способом.

Самотечную закладку рекомендуется применять при разработке пластов с углами падения более 40е, когда не подрабатываются ответственные объекты.

Достоинства самотечной закладки: невысокие затраты на работы; небольшое количество применяемого оборудования, что позволяет организовать закладочные работы в короткие сроки с небольшими капиталовложениями; сравнительно нежесткие требования к закла­дочному материалу.

Затраты на самотечную закладку определяются расходами на транспортирование закладочных материалов, а также стоимостью самих закладочных материалов. Трудоемкость работ при самотечной закладке не превышает .50 чел .-смен на 1000т добычи. Затраты на возведение 1 м3 массива составляют от 0,75 до 1 руб.

По данным A., E. Смолдырева, затраты на 1м3 уложенного в выработанном пространстве массива складываются из следующих элементов (в процентах):

Транспортирование по выработкам............ 25

Лесные и другие материалы............... 25

Сооружение обшивки и т. д................ 30

Возведение массива.................... 10

Прочие расходы ..................... 10

Недостатками самотечной закладки являются ограниченная об­ласть ее применения и невысокая плотность закладочного массива (усадка его достигает 20—40%).

V.6.3. Механическая закладка

При механической закладке закладочный материал распределяется в выработанном пространстве с помощью скреперных установок или метательных закладочных машин ленточно-барабанного типа (рис. V.17). В настоящее время применяются метательные машины МЗ-1. Машины забрасывают закладочный материал в выработанное пространство, сообщая ему кинетическую энергию для свободного полета на определенное расстояние (обычно 6—10 м). Закладочный

133

материал поступает на ленту, в специальную воронку, а затем в за­зор между лентой и нажимным барабаном. Под действием собственного веса и центробежных сил куски закладочного материала прижи­маются к бесконечной ленте, движущейся с большой скоростью, и приобретают кинетическую энергию, необходимую для полета B^выработанное пространство. На сбрасывающем барабане лента меняет свое направление, а закладочный материал по инерции про­должает двигаться в прежнем направлении.

Рис. V.17. Метательная машина ленточно-барабанного типа:

а — с нижним выбросом; б — с верхним выбросом; 1 — питающий кон­вейер; 2 — загрузочная воронка; S — приводной барабан; 4 — огиба­ющий барабан; S — нажимной барабан; 6 — сбрасывающий барабан; 7 — лента

Наибольшей дальностью полета обладают фракции закладочного материала крупностью 40—70 мм. Ближе всего из струи закладоч­ного материала выпадают фракции крупностью более 60 мм. Мелкие и крупные фракции, выпадая, могут преградить путь основной части закладочного материала. Чтобы избежать этого, закладочный материал должен содержать 85—90% фракций крупностью 40—70 мм.

К достоинствам механической закладки метательными машинами можно отнести возможность подбучивания кровли закладываемого . пространства, а также сравнительно небольшие затраты энергии (0,4—0,5кВт-ч/м3 закладочного материала). Недостатками механи­ческой закладки являются: небольшая дальность метания, большой износ резиновой ленты, сравнительно небольшая плотность закла­дочного массива (усадка достигает 20—30%), а также значительное пылеобразование.

Механическая закладка метательными машинами применяется при разработке мощных пластов горизонтальными слоями с выемкой их в нисходящем порядке. В сочетании с самотечной она применяется для подбучивания потолочин.

При проведении выработок вслед за очистным забоем при сплош­ной системе разработки применяют скреперную закладку. При этом

используют закладочный материал, получаемый от подрывки кровли или почвы выработок.

Схема возведения бутовой полосы при проведении выработки по тонкому пласту с подрывкой кровли приведена на рис. V. 18. При проведении вентиляционного штрека бутовая полоса выклады­вается с нижней стороны. Скреперная лебедка устанавливается на штреке у места подрывки кровли. Порода в выработанное простран­ство подается скрепером. Если подрывается почва, то породу на берму или полок подают с помощью перегружателей.

Рис. V.18. Схема проведения штрека с подрывкой породы и скреперной закладкой:

1 — костры; 2 — конвейер; S — скреперная установка

Скорость движения груженого скрепера зависит от мощности лебедки и составляет обычно от 1 до 1,3 м/с, а при холостом ходе — 1,2—1,5м/с. При такой скорости движения обеспечивается укладка до 15—20 м3/ч закладочного материала.

Наиболее широкое применение при скреперной закладке полу­чили специальные двухбарабанные лебедки, монтируемые на салаз­ках и перемещающиеся вслед за подвиганием забоя. Крупность кусков породы не должна превышать 300 мм. Если скрепер забирает породу непосредственно с места подрывки, то последнюю выполняют в два-три приема. Уплотнение закладочного материала производят толчками скрепера. Незаложенное пространство шириной 1,5—2м, остающееся у бортов штрека, закладывают вручную. Наблюдения показывают, что на возведение 1 м бутовой полосы с помощью скре­пера при мощности пласта 0,65—0,75 м расходуется 4,2 мин.

Для закладочных работ на пластах мощностью до 0,6 м приме­няют совковые скреперы с навешенной на шарнирах задней стенкой, а при мощности пласта 0,6—1,3 м — гребковые скреперы, опроки­дывающиеся в обоих направлениях. На более мощных пластах применяют как совковые, так и гребковые скреперы емкостью 0.,5 м3. В зависимости от мощности скреперной лебедки используют канаты диаметром 12; 16; 20,5 и 24 мм.

Затраты на скреперную закладку определяются в основном расходами на транспортирование закладочного материала и обслужи­вание скреперной установки. Без учета стоимости закладочного материала расходы на возведение 1 м3 закладочного массива обычно •не превышают 0,4 руб. При хорошей организации работ по транс­портированию закладочного материала до забоя и самих закладоч­ных работ в забое достигается производительность 90—100 м3/смену.

При скреперной закладке трудоемкость работ по укладке породы, получаемой с 1 м штрека, составляет 3—5 чел.-смен. Усадка закла­дочного массива в зависимости от вида закладочного материала и тщательности ведения работ изменяется от 30 до 40%.

Основные недостатки скреперной закладки: небольшая произво­дительность, недостаточная плотность закладочного массива и не­обходимость ручной закладки последнего (верхнего) слоя, а также частично выработанного пространства в каждом слое на контакте' с боковыми породами.